連續化碳纖維表面催化生長碳納米管線上可控機理研究

《連續化碳纖維表面催化生長碳納米管線上可控機理研究》是依託山東大學，由王成國擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：連續化碳纖維表面催化生長碳納米管線上可控機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王成國
• 依託單位：山東大學

中文摘要

本項目利用自主研發的現有碳纖維及其原絲試驗線，從製備碳纖維原絲開始，通過預氧化和碳化、電化學改性、載入催化劑，最佳化碳納米管在碳纖維表面的催化生長工藝，首次突破碳納米管/碳纖維增強體連續一體化製備關鍵技術，在碳纖維生產線上實現高性能碳納米管/碳纖維增強體的連續化製備；從套用基礎理論上突破連續碳纖維表面催化生長碳納米管多尺度結構最佳化及其穩定性可控機理，明確碳納米管/碳纖維增強體線上連續化製備過程中各階段工藝參數對碳納米管析出和生長的影響規律，實現碳纖維表面碳納米管的線上可控生長，並建立碳納米管線上生長的動力學模型，揭示線上連續碳纖維表面生長碳納米管及其界面結合機制，獲得具有自主智慧財產權的碳納米管/碳纖維多尺度增強體連續化線上製備專利技術，為高性能碳納米管/碳纖維增強體製備及套用奠定理論基礎。

結題摘要

本項目基於國防軍工和航空航天等領域對高性能碳纖維及其複合材料的迫切需求，為解決碳纖維複合材料界面強度低，抗衝擊性能差等瓶頸問題，提出開展連續碳纖維表面催化生長碳納米管（CNTs）線上可控機理研究，在連續碳纖維表面接枝CNTs，製備CNTs/碳纖維（CNTs/CF）增強體，充分發揮碳纖維和CNTs各自的性能優勢。一方面增大基體與增強體界面接觸面積，使界面機械嚙合作用加強，另一方面實現了CNTs均勻分散及定向排布，進一步提高了複合材料的強度和韌性。 本項目主要研究內容包括碳纖維表面電化學改性研究、催化劑載入及其催化機理研究、CNTs線上生長工藝最佳化、連續碳纖維表面CNTs多尺度結構最佳化及其線上可控機理研究、連續碳纖維表面CNTs生長機理及CNTs/CF界面結構研究。 本項目利用自主研發的碳纖維及其原絲試驗線，從製備碳纖維原絲開始，通過預氧化和碳化、電化學改性、載入催化劑，最佳化CNTs在碳纖維表面的催化生長工藝，首次突破了CNTs/CF增強體連續一體化製備關鍵技術，實現了高性能CNTs/CF增強體的連續化製備；明確了CNTs/CF增強體線上連續化製備過程中各階段工藝參數對CNTs析出和生長的影響規律，實現了連續碳纖維表面催化生長CNTs多尺度結構最佳化及其穩定性可控生長，並提出了CNTs線上生長的動力學模型，創立了CNTs/CF增強體連續化線上製備工藝體系，突破了該技術的套用基礎理論，揭示了線上連續碳纖維表面生長CNTs及其界面結合機制，獲得了具有自主智慧財產權的CNTs/CF多尺度增強體連續化線上製備專利技術。 CNTs/CF是很有生命力的新型增強體，其綜合性能明顯優於碳纖維，利用該增強體製備的複合材料層間剪下強度大於110MPa。該項目為高性能CNTs/CF增強體製備及套用奠定了理論基礎，這必將有力的推動我國碳纖維及其複合材料產業的快速發展，對最大限度地發揮碳纖維在航空航天和國防軍工等領域的不可替代的作用具有重要意義。